水蒸气及蒸汽动力循环

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1、第十章水蒸气及蒸汽动力循环10-1水蒸气的发生过程一、水蒸气的定压发生过程0.01℃tststst>tsa-b—0.01℃未饱和水→ts饱和水。t↑，v↑。b-d—ts饱和水→ts干饱和水蒸汽。v↑，t和p均不变。其间为汽液混合的湿饱和蒸汽。d-e—ts干饱和水蒸汽→t过热水蒸汽。t↑，v↑。过热度D=t-ts二、水蒸气发生过程中的能量关系水蒸气定压发生过程的三个阶段：①水的预热过程—未饱和水(0.01℃)→饱和水(ts)；②水的汽化过程—饱和水(ts)→干饱和水蒸气(ts)；③水蒸气的过热过程—饱和水蒸气（ts）→过热水蒸

2、气(t)。水的预热过程使水由三相点温度0.01℃升高到饱和温度ts所需的热量，称为水的液体热q'。p↑→ts↑，q'↑定压预热过程的能量转换关系为因v’≈v0.01，所以热工计算仅需计算Δh及Δu，故可任取某个状态作为计算的零点。国际水蒸气性质会议规定，水的三相点状态下u＝0。一般情况下，对温度为0.01℃时不同压力的水，取u0.01≈0。压力不高时，对0.01℃时水，也可取h0.01≈0。水的定压汽化过程中，1kg饱和水汽化成为干饱和水蒸气所需的热量称为汽化潜热L。汽化过程的压力越高，汽化潜热的数值越小。在临界压力下，汽化

3、潜热为零。定压汽化过程中的热量转换关系为定义：内汽化潜热—汽化潜热中转变为热力学能的部分；外汽化潜热—用于对外作功的部分。则有定压过热过程中所需的热量称为过热热量q。按能量转换关系，有显然，将0.01℃的水加热变为过热水蒸气所需的热量，等于液体热、汽化潜热与过热热量三者之和。而且整个水蒸气定压发生过程及各个阶段中的加热量，均可用水和水蒸气的焓值变化来计算。三、水蒸气的p-v图和T-s图分析水蒸气的相变图线可见，上、下界线表明了水汽化的始末界线，二者统称饱和曲线，它把p-v和T-s图分为三个区域，即液态区(下界线左侧)、湿蒸汽

4、区(饱和曲线内)、汽态区(上界线右侧)。此外，习惯上常把压力高于临界点的临界温度线作为“永久”气体与液体的分界线。所以，水蒸气的相变图线，可以总结为一点(临界点)、二线(上界线、下界线)、三区(液态区、湿蒸汽区、气态区)和五态(未饱和水状态、饱和水状态、湿饱和蒸汽状态、干饱和蒸汽状态、过热蒸汽状态)四、水蒸气的饱和状态饱和状态—饱和区内，饱和水和饱和水蒸气共存的平衡状态。在饱和状态下，饱和水与饱和水蒸气的平衡是动态的平衡。饱和温度与饱和压力之间有确定的对应关系。压力越高，饱和温度也越高。如，p＝0.0108kPa时，ts＝0

5、℃；当p＝101.325kPa时，ts＝100℃。ts和ps之间的关系，由实验或经验公式确定。由于饱和区内的湿饱和蒸汽的温度ts与压力ps具有一定的函数关系，所以两者只能作为一个独立参数。要确定湿饱和蒸汽的状态，还须另一个独立参数，一般采用“干度”作为参数，但也可以是其它的状态参数，如焓、熵、比体积中的任何一个。干度x—湿饱和蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，即由于湿饱和蒸汽实质上是干饱和蒸汽与饱和水的混合物，因此其热力学能、焓、熵及容积可表示为引入干度的关系式，可得即，如已知湿饱和蒸汽干度x，即可利用饱和水及干饱和蒸汽的状态参数

6、，求得湿饱和蒸汽的相应状态参数的数值。10-2水蒸气热力性质表和图水蒸气的热力性质比较复杂，用水蒸气状态方程式计算比较困难。水蒸气的热力性质表和相应的图线，提供了计算所需的各种状态下水蒸气参数的详尽数据。工程中只需计算水蒸气u、h、s的变化量，因此可任选一个基准点。国际会议规定，水蒸气热力性质表和图以三相点状态的液相水为基准点编制。水的三相点的参数为p＝0.6112kPa，v＝0.00100022m3/kgT＝273.16 K此状态下液相水的热力学能和熵被规定为零，即u'0.01＝0kJ/kg，s'0.01＝0kJ/(kgK

7、)而其焓值为h'0.01＝u'0.01+pv＝0kJ/kg+0.6112kPa×0.00100022m3/kg＝0.000611kJ/kg≈0kJ/kg工程上视其为零。未饱和水及过热蒸汽表饱和水及干饱和蒸汽表h-s图上可直接读出焓值，便于求取焓变。h-s图的结构：C—临界点，x＝0线，x＝1线；定压线、定温线和定容线，在饱和区内还有定干度线。定压线—在h-s图上呈发散分布。由Tds＝dh-vdp可知，定压线在h-s图上的斜率为饱和区内，p＝const→＝const，所以定压线为一簇斜率不同的直线。在过热区，随着温度的增高，定

8、压线趋于陡峭。定温线—饱和区内与定压线重合；在过热区与定压线自上界线处分开后逐渐趋于平坦。即p↓→蒸汽性质趋近理想气体。定容线—走向与定压线相同，但比定压线稍陡(图中虚线)。定干度线—一组干度等于常数的曲线。x<0.5的区域图线过密，工程中也不经常使用这部分数据，所以通常所用的h-s图线中